無線溫濕度傳感器網(wǎng)絡(luò)綜述

金璐紅　高建東　彭偉　楊吳

【摘要】本文介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的意義和應(yīng)用前景，它給使用領(lǐng)域帶來了很好的便捷性、實用性，在未來必將發(fā)揮更顯著的作用。

【關(guān)鍵詞】溫濕度傳感器，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，自組網(wǎng)，無線傳輸協(xié)議

隨著微電系統(tǒng)、片上系統(tǒng)、無線通信以及低功耗嵌入式技術(shù)的飛速發(fā)展，孕育出了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Net-works，WSN），并以其低功耗，低成本，分布式和自組織等特點帶來了信息感知的一場革命。無線傳感網(wǎng)絡(luò)是繼因特網(wǎng)之后，將對21世紀(jì)人類生活方式產(chǎn)生重大影響的信息技術(shù)。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，促進(jìn)應(yīng)用程序的發(fā)展，使包括衛(wèi)生，農(nóng)業(yè)，工業(yè)，地質(zhì)，軍事，家庭和應(yīng)急管理等領(lǐng)域受益匪淺。傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展需要來自不同研究領(lǐng)域的技術(shù)：傳感，通信，計算機(jī)（包括硬件，軟件和算法）。這些技術(shù)相互結(jié)合，并且在這些每一個單獨領(lǐng)域帶動了傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究，這些廉價的，低功耗通信設(shè)備可分布在整個物理空間，對物理進(jìn)行密集傳感，處理和傳遞信息并且與其他節(jié)點相互協(xié)調(diào)。無線傳感網(wǎng)絡(luò)能夠協(xié)同地實時感知、檢測和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，并通過無線或自組織多跳路由的方式接收發(fā)送信息，將邏輯上的信息世界與真實物理世界融合在一起，它將改變?nèi)伺c自然交互的方式，它不需要固定的網(wǎng)絡(luò)支持，具有快速展開、抗毀性強等特點，在很多領(lǐng)域都將有良好的應(yīng)用前景，已經(jīng)引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視。特別在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境監(jiān)測、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、畜牧養(yǎng)殖中都將能發(fā)揮巨大作用。在“九五”計劃中，“工廠化高效農(nóng)業(yè)工程”已把智能化傳感器和傳感器網(wǎng)絡(luò)化的研制列入國家重點項目中，2003—2004年一系列國家自然科學(xué)基金將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及相關(guān)研究列為重點課題。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究最早起源于美國軍事的應(yīng)用，是由被稱為“微塵（mote）”的微型計算機(jī)構(gòu)成。一般通過飛機(jī)撒播或者特種炮彈發(fā)射等手段將大量的傳感器結(jié)點密集撒布于本方人員不易到達(dá)的觀察區(qū)域，通過被動傳感器，如磁學(xué)傳感器、熱學(xué)傳感器、聲學(xué)傳感器、化學(xué)傳感器、電氣傳感器、光學(xué)傳感器和主動傳感器，如超聲波傳感器，雷達(dá)對目標(biāo)的距離、存在、速度、目標(biāo)的目的地和方向進(jìn)行分析。甚至還可以對這些傳感器的信息進(jìn)行進(jìn)一步分析，確定目標(biāo)是否為非武裝人員、武裝人員、車輛、甚至車輛的規(guī)模。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境方面也有廣泛的應(yīng)用。加州大學(xué)伯克利分校在大鴨島開展了一個環(huán)境參數(shù)的檢測。他們同時也開展了代號為“Firebug”用于野外火災(zāi)檢測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究。隨著人們對環(huán)境保護(hù)意識的增強，對環(huán)境信息的檢測越來越多，包括對環(huán)境中的SO₂、NO_x等。應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)測方面的傳感器網(wǎng)絡(luò)，一般都具有部署簡單、便宜等特點，而且無需派人員進(jìn)行現(xiàn)場維護(hù)，目前應(yīng)用的范圍也在慢慢擴(kuò)大，可以對海洋、氣象、樹林、山脈等進(jìn)行必要的監(jiān)測，方便進(jìn)一步的研究。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在農(nóng)業(yè)方面也有著廣泛的應(yīng)用，國外發(fā)達(dá)國家紛紛開展了關(guān)于精確農(nóng)業(yè)方面的研究，目前大棚養(yǎng)殖已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)的重要手段，隨著，大棚養(yǎng)殖越來越趨向規(guī)?；脽o線傳感器網(wǎng)絡(luò)對無人值守的大棚進(jìn)行自動監(jiān)控是非常具有實用價值的，其中包括對空氣溫度、土壤濕度、光照強度、土壤肥料含量、二氧化碳含量、風(fēng)速等進(jìn)行檢測，確定應(yīng)該對土壤進(jìn)行何種耕作。同時，國外還進(jìn)行了利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在災(zāi)害天氣和病蟲害預(yù)警方面的工作。

隨著社會老齡化情況的加劇，一些長期慢性病、突發(fā)性疾病和家庭保健等都需要進(jìn)行長期的監(jiān)護(hù)，因此，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)療方面也發(fā)揮了巨大的作用。通過在病人或易發(fā)病人身上佩戴血壓、脈搏、體溫等微型無線傳感器，通過住宅內(nèi)的傳感器網(wǎng)關(guān)，醫(yī)生可以遠(yuǎn)程監(jiān)測這些測試人群的健康狀況，進(jìn)行病情的及時處理。通過這種方法，還可以對一些高危病人進(jìn)行24小時病情監(jiān)測，而并不會對病人的日常起居和生活質(zhì)量帶來不便，傳感器網(wǎng)絡(luò)使遠(yuǎn)程醫(yī)療變得更加方便和快捷。

總之，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的使用價值在各方各面都愈加顯著，不止是上述介紹的幾種應(yīng)用，還可以應(yīng)用于如礦井瓦斯監(jiān)測、交通監(jiān)測、公共安全和反恐等，真正實現(xiàn)生活中的自動化和智能化。最重要的是，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的使用，給使用領(lǐng)域帶來了很好的便捷性、實用性。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在未來必將發(fā)揮更顯著的作用。